[论文解读] A response to Rubin & Heitlauf: "Is the expansion of the universe accelerating? All signs \emph{still} point to yes"

J. Colin, Roya Mohayaee+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 5被引用 4

一句话总结

本文重申，从Ia型超新星推断出的宇宙膨胀的表观加速，显著受与CMB偶极子对齐的偶极各向异性影响，即使在修正了特殊速度和光变曲线参数依赖性后，各向同性加速的显著性也仅达到2.8σ。该研究反驳了Rubin与Heitlauf的批评，表明此类修正无法消除偶极子的主导地位，暗示在不引入强假设的前提下，无法从SNe Ia数据中恢复标准ΛCDM模型。

ABSTRACT

We have shown (Colin et al., 2019) that the acceleration of the Hubble expansion rate inferred from Type Ia supernovae (SNe Ia) is, at $3.9\sigma$ significance, a dipole approximately aligned with the CMB dipole, while its monopole component, which can be interpreted as due to a Cosmological Constant or dark energy, is consistent with zero at $1.4\sigma$. This has been challenged by Rubin & Heitlauf (2019) who assert that the dipole arises because we made an incorrect assumption about the SNe Ia light-curve parameters (viz. took them to be sample- and redshift independent), and did not allow for the motion of the Solar system (w.r.t. the 'CMB frame' in which the CMB dipole supposedly vanishes). In fact what has an even larger impact on our finding is that we reversed the inconsistent made for the peculiar velocities of the SNe Ia host galaxies w.r.t the CMB frame, which in fact serve to bias the lever arm of the Hubble diagram towards higher inferred values of the monopole. We demonstrate that even if all such corrections are made consistently and both sample- and redshift-dependence is allowed for in the standardisation of supernova light curves, the evidence for isotropic acceleration rises to just $2.8\,\sigma$. Thus the criticism of Rubin & Heitlauf serves only to highlight that must be made to the SNe Ia data assuming the standard $\Lambda$CDM model, in order to recover it from the data.

研究动机与目标

• 评估从SNe Ia获得的哈勃膨胀速率表观加速在修正特殊速度和光变曲线参数依赖性后是否依然稳健。
• 评估Rubin与Heitlauf的批评是否成立，即偶极信号是否源于对SNe Ia光变曲线参数和太阳系运动的错误假设。
• 在一致修正后，确定作为暗能量或宇宙学常数解释的单极分量加速是否仍具显著性。
• 调查在不引入人为假设的前提下，是否能从SNe Ia数据中恢复标准ΛCDM模型。

提出的方法

• 在CMB静止参考系中，对SNe Ia数据进行重新分析，修正了特殊速度，逆转了先前不一致的处理方式。
• 允许SNe Ia光变曲线标准化参数具有样本和红移依赖性，拒绝了其恒定的假设。
• 通过一致的运动学修正重新计算哈勃图，以分离膨胀速率的单极和偶极分量。
• 使用显著性检验评估修正后的单极分量加速，其显著性现已达到2.8σ。
• 重新评估CMB偶极子对哈勃图中推断偶极子的影响。
• 证明即使在完全修正后，偶极子仍占主导地位，从而削弱了各向同性加速的检测。

实验结果

研究问题

• RQ1 当在CMB参考系中正确考虑特殊速度时，哈勃膨胀速率中的偶极各向异性是否仍然存在？
• RQ2 在允许光变曲线参数具有红移和样本依赖性后，加速的单极分量显著性如何？
• RQ3 在不引入对哈勃图杠杆臂产生偏倚的假设前提下，能否从SNe Ia数据中恢复标准ΛCDM模型？
• RQ4 对SNe Ia光变曲线标准化的修正如何影响各向同性加速的统计显著性？
• RQ5 CMB偶极子对齐在多大程度上影响了哈勃图中推断出的偶极子？

主要发现

• 在修正特殊速度并允许光变曲线参数具有样本和红移依赖性后，各向同性加速的显著性下降至2.8σ。
• 哈勃膨胀速率的偶极分量仍与CMB偶极子强烈对齐，表明各向异性持续存在。
• 原始的3.9σ偶极信号即使在更一致的运动学修正下依然稳健。
• 原始分析中，单极分量（解释为暗能量或宇宙学常数的证据）的显著性仅为1.4σ，修正后仍微弱。
• Rubin与Heitlauf的批评并未推翻原始发现，反而凸显了必须引入强假设才能从SNe Ia数据中恢复ΛCDM模型。
• 结果表明，在不通过关于光变曲线参数和速度修正的假设引入偏倚的前提下，无法可靠地从当前SNe Ia数据中提取标准ΛCDM模型。